論證探究式教學模型在科學實驗教學中的設計

倪元媛+徐作英

科學論證是一個邏輯論證模式，目的是梳理觀點和證據(jù)之間的關系。從許多方面來看，科學論證是科學學科產(chǎn)生和完善知識的過程。通過強調論證在科學知識的生成和驗證中有重要作用，從而幫助學生發(fā)展重要的習慣思維和批判性思維技能。論證探究式教學模型（Argument-Driven Inquiry instructional model，簡寫為ADI）是Victor Sampson等人在2008年提出的一種強調科學論證的新型探究教學模型，是將閱讀與寫作、形成性評價、批判性討論等整合到論證探究中的短綜合教學單元，可以在初中、高中或大學科學課堂中使用。

ADI包括八個階段：① 識別任務和指導問題；② 設計方法并收集數(shù)據(jù)；③ 分析數(shù)據(jù)并構建初步論證；④ 論證會議；⑤ 外顯的反思討論；⑥ 寫研究報告；⑦ 雙盲的小組同行評審；⑧ 報告的修改和提交。近年，ADI研究團隊基于以往研究進一步完善了ADI教學模型，并開發(fā)教師設計與應用ADI在科學實驗活動中的教學資源?，F(xiàn)就實驗教學中應用ADI的一些資源與設計過程進行闡述。

1 ADI應用書籍

ADI研究人員在NSTA出版了一系列指導教師和學生在科學學科中應用ADI的書籍，教師可直接或修改后使用其實驗教學方案。

2 設計工具

教師可以通過修改現(xiàn)有的實驗活動或使用工具來設計一個全新的應用ADI的實驗教學方案。ADI研究團隊開發(fā)并制定了相關工具，包括實驗講義模板、同行評審指南、研究方案建議模板。

2.1 實驗講義模板

實驗講義主要引導學生開展ADI實驗活動的①～⑥階段。教師可借助實驗講義模板制定實驗講義，模板包括以下幾部分內(nèi)容：“簡介”“任務”“材料”“安全措施”“是否需要研究方案建議”“開始”“跨學科概念和科學與科學探究的本質”“初步論證”“論證會議”“研究報告”。① “識別任務和指導問題”階段，會用到講義的三部分內(nèi)容：“簡介”，包括該研究的背景信息和用來指導學生收集、分析和解釋數(shù)據(jù)的法則、理論、原理或解釋的概述及需要研究的現(xiàn)象；“任務”，明確研究的目標和研究的指導問題；“材料”，可供學生設計研究方案。② 設計方法并收集數(shù)據(jù)”階段，講義注明“安全措施”，用來解釋在實施實驗時任何會發(fā)生的潛在危險及提示避免危險的行為；提出“是否需要研究方案建議”，若學生需要，教師則給學生相應的研究方案建議模板，學生據(jù)此設計實驗方案；在實施實驗“開始”，講義提示學生明確需要收集的數(shù)據(jù)類型、收集數(shù)據(jù)與分析數(shù)據(jù)的方法；完成實驗后，講義還提示學生思考與研究相關的“跨學科概念和科學與科學探究的本質”。③ “分析數(shù)據(jù)并構建初步論證”階段，講義提示構建在白板上的“初步論證”包括指導問題、主張、證據(jù)、理由。④ “論證會議”階段，講義提示該階段的任務是分享自己的論證和批判別人的觀點，并提示批判的問題。⑤ “外顯的反思討論”階段，講義中所有涉及研究的問題都會被討論。⑥ “寫研究報告”階段，講義介紹需要寫作的三個問題：“你想回答什么問題，為什么？“你研究期間做了什么，為什么用這種方式進行研究？”“你的論證是什么？”

2.2 同行評審指南

同行評審指南可直接或修改后使用。在⑦ “雙盲的小組同行評審”階段，該工具讓各小組根據(jù)評審標準打出“評審等級”并作出解釋，以幫助學生評估報告中具體要素的質量。被評審者在⑧ “報告的修改和提交”階段中，則需要根據(jù)這些評審反饋在該指南上作出對評審者的評價，且注明修改或不改自己研究報告的原因。而“教師評分”這一部分則在學生遞交研究報告和同行評審指南后，教師再進行評價。

2.3 研究方案建議模板

研究方案建議模板是在ADI階段②中使用，用于提示學生完成實驗方案及數(shù)據(jù)的收集和分析，分為描述性實驗方案模板和比較或實驗性方案模板。前者主要用于驗證某一主張，后者用于判斷不同主張的正確性。

3 設計過程

3.1 確定指導問題和任務

教師首先要確定指導問題和任務，問題和任務的設計應該與課程標準中課程目標、內(nèi)容標準及核心概念等直接相關；或教師可使用現(xiàn)有實驗活動的目的來幫助制定任務和指導問題。將高中生物必修一“影響酶活性的條件”設計為應用ADI的實驗，可使用現(xiàn)有實驗活動目的來幫助制定任務和指導問題，而本實驗的目的是讓學生明確酶起催化作用一般需要適宜的溫度和pH。故任務為：設計和實施一個實驗，探究“溫度和pH的變化如何影響酶活性？”。指導問題為：溫度和pH的變化如何影響酶活性？

3.2 確定學生需要的材料和信息

教師可以使用現(xiàn)有實驗活動的指導材料作為參考，確定學生需要的材料和信息。確定學生需要的信息主要包括實驗材料、器材的使用方法、實驗方法、實驗現(xiàn)象的解釋等。

3.3 確定反思討論內(nèi)容

基于美國背景，需要確定一或兩個跨學科概念及科學本質和科學探究本質的概念在階段⑤討論；基于我國教育情況，教師可確定與該研究相關的討論內(nèi)容?！坝绊懨富钚缘臈l件”中，需要討論的內(nèi)容可為：（1）溫度和pH的預處理時機？（2）為保證實驗結果的正確性，要仔細分析設計實驗方案，正確進行實驗操作，避免無關變量的影響。（3）酶的作用條件比較溫和的原因是什么？（4）如何探究酶的最適溫度和最適pH？……

3.4 編寫實驗講義

按照上述實驗講義模板編寫實驗講義，主要需要編寫活動最開始的“簡介”，再根據(jù)之前確定的內(nèi)容填充講義模板。對于“影響酶活性的條件”，編寫的簡介可包括三部分內(nèi)容：酶的概念及本質；酶活性受溫度和pH影響的實例介紹；變量、因變量、自變量、無關變量、對照實驗的解釋。

3.5 準備教學材料

教師給學生準備在課堂中使用的教學材料除了實驗材料外，還需要白板或電腦、筆、研究報告紙、實驗講義、同行評審指南、研究建議模板。

3.6 編寫實驗方案

根據(jù)以上信息及ADI的八個階段內(nèi)容可編寫應用ADI的實驗教學方案。

4 總結

論證探究式教學模型是研究成熟的應用于科學實驗教學中的科學探究教學模型。將ADI應用于科學實驗中，學生參與不同種類的論證，讓學生真實體會科學知識的產(chǎn)生過程，體驗科學家通過收集和分析數(shù)據(jù)得到證據(jù)從而支持自己主張的過程，體驗主張受到批判和評價并給予反駁的過程，體驗論證不斷修改完善的過程。將ADI應用于科學實驗雖是一項不小的挑戰(zhàn)，但教師可使用ADI研究團隊已開發(fā)的書籍、工具等設計實踐ADI實驗教學。

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